智能節(jié)電照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)-畢業(yè)論文

1、<p><b>　　畢業(yè)論文</b></p><p>　　論文題目（中文） 智能節(jié)電照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) </p><p>　　論文題目（外文） Design and Development of Intelligent </p><p>　　Energy Saving Lighting System

2、 </p><p><b>　　中文摘要</b></p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，人類生活在朝著自動(dòng)化和智能化方向發(fā)展。同時(shí)，隨著人們環(huán)保意識(shí)的逐漸增強(qiáng)，對(duì)綠色節(jié)能的呼聲也越來(lái)越高。照明，作為人類生活中不可或缺的一部分，人們?cè)趯?duì)傳統(tǒng)照明控制系統(tǒng)愈發(fā)不滿的同時(shí)，對(duì)新型的智能節(jié)電照明控制系統(tǒng)的降臨歡迎備至。</p><p>　　本選題

3、設(shè)計(jì)了一套基于STC12C4052AD單片機(jī)的智能節(jié)電照明控制系統(tǒng)，通過(guò)熱釋電紅外傳感器模塊HC-SR501和光照檢測(cè)傳感器BH1750FVI模塊GY-30分別檢測(cè)人體紅外信號(hào)和光照強(qiáng)度。如果光照強(qiáng)度不足，且檢測(cè)到有人體信號(hào)，則單片機(jī)處理后會(huì)控制繼電器來(lái)開(kāi)關(guān)LED燈。并且，單片機(jī)會(huì)根據(jù)周圍環(huán)境光照的強(qiáng)弱來(lái)調(diào)節(jié)PWM波，使得LED燈亮度隨之變化，以達(dá)到節(jié)能的目的。</p><p>　　關(guān)鍵詞：智能節(jié)電；STC12C

4、4052AD；傳感器；LED</p><p>　　Design and Development of Intelligent Energy Saving Lighting System</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the ever-changing science and technolo

5、gy, human life in the direction of automation and intelligent development. At the same time, with the people's awareness of environmental protection gradually increased, the voice of the green energy is also getting

6、higher and higher. Lighting, as an indispensable part of human life, people in the traditional lighting control system increasingly dissatisfied with the new intelligent power-saving lighting control system come forward

7、welcome.</p><p>　　This design has designed a set of intelligent energy saving lighting control system based on STC12C4052AD single chip microcomputer. The infrared signal and illumination intensity are detec

8、ted by the pyroelectric infrared sensor module HC-SR501 and the light detection sensor BY1750FVI module GY-30 respectively. If the light intensity is insufficient, and the detection of a human body signal, the microcontr

9、oller will control the relay to switch LED lights. And, the microcontroller will be based o</p><p>　　Key words: Intelligent power-saving；STC12C4052AD；sensor；LED</p><p><b>　　目 錄</b>&l

10、t;/p><p><b>　　中文摘要I</b></p><p>　　AbstractI</p><p><b>　　第一章 引言1</b></p><p>　　1.1 選題背景1</p><p>　　1.2 選題概念與意義1</p><p>

11、　　1.3 國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)發(fā)展現(xiàn)狀2</p><p>　　1.4 選題研究目的3</p><p>　　1.5 選題研究創(chuàng)新點(diǎn)3</p><p>　　第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案1</p><p>　　2.1 系統(tǒng)功能描述1</p><p>　　2.2 總體設(shè)計(jì)方案1</p><p>　　2.3

12、 單片機(jī)的優(yōu)勢(shì)1</p><p>　　2.4 PWM控制LED2</p><p>　　2.4.1 PWM簡(jiǎn)介2</p><p>　　2.4.2 PWM控制LED燈亮暗的原理2</p><p>　　第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)1</p><p>　　3.1 STC12C4052AD單片機(jī)1</p>

13、<p>　　3.1.1 STC12C4052AD特點(diǎn)1</p><p>　　3.1.2 引腳圖2</p><p>　　3.2 人體紅外傳感器（PIR）模塊HC-SR5013</p><p>　　3.2.1 工作原理3</p><p>　　3.2.2 熱釋電效應(yīng)3</p><p>　　3.2.3 菲

14、涅耳透鏡4</p><p>　　3.2.4 模塊參數(shù)4</p><p>　　3.2.5 模塊特性4</p><p>　　3.2.6 觸發(fā)方式5</p><p>　　3.2.7 封鎖時(shí)間可調(diào)5</p><p>　　3.3 數(shù)字光強(qiáng)度檢測(cè)模塊GY-305</p><p>　　3.3.1

15、模塊簡(jiǎn)介5</p><p>　　3.3.2 引腳功能描述6</p><p>　　3.3.3 模塊工作參數(shù)6</p><p>　　3.4 LED燈6</p><p>　　3.4.1 LED燈簡(jiǎn)介6</p><p>　　3.4.2 LED燈的優(yōu)勢(shì)7</p><p>　　3.5 系統(tǒng)硬件電

16、路框圖8</p><p>　　3.6 系統(tǒng)硬件電路說(shuō)明8</p><p>　　第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)部分1</p><p>　　4.1 軟件設(shè)計(jì)概述1</p><p>　　4.2 程序設(shè)計(jì)流程圖2</p><p>　　4.3 系統(tǒng)邏輯表2</p><p>　　4.4開(kāi)發(fā)環(huán)境介紹3&

17、lt;/p><p>　　第五章 總結(jié)與展望1</p><p><b>　　致謝1</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)1</b></p><p><b>　　第一章 引言</b></p><p><b>　　1.1 選題背景<

18、/b></p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷提升，人們的生活水平也不斷得到改善和提高。而對(duì)于21世紀(jì)的人們來(lái)說(shuō)，生活中早已離不開(kāi)“電”。所以，生活水平的提高自然而然會(huì)帶來(lái)用電量的劇增。然而，在目前化石能源消耗嚴(yán)重、新型能源發(fā)展緩慢占比小的形式下，用電負(fù)荷問(wèn)題日益嚴(yán)重，尤其是對(duì)于我們這種發(fā)展中的人口大國(guó)。</p><p>　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，在我國(guó)總用電量中，照明用電能夠

19、占比12%，但是，由于照明設(shè)備管理不到位，通常會(huì)造成電能巨大的損耗浪費(fèi)。所以，如何才能提高照明用電效率，這是目前亟待解決的問(wèn)題。</p><p>　　目前，對(duì)于室外照明，國(guó)內(nèi)外均已實(shí)現(xiàn)了一定程度上的智能控制，但對(duì)室內(nèi)照明的管理和控制，依然是傳統(tǒng)的人工管理和手動(dòng)開(kāi)關(guān)，這樣會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)沒(méi)能及時(shí)開(kāi)關(guān)的現(xiàn)象，從而不僅造成能源上的浪費(fèi)，還會(huì)有使用上的不便，縮短燈具的使用壽命。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及和自動(dòng)化程度的提高，照明管理系

20、統(tǒng)也應(yīng)朝著智能化和自動(dòng)化方向發(fā)展，這是大勢(shì)所趨。所以，開(kāi)發(fā)出一套既實(shí)用又方便的智能節(jié)電照明系統(tǒng)具有重要而深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。</p><p>　　相比于傳統(tǒng)照明，智能照明擁有節(jié)能、舒適、安全、高效等優(yōu)點(diǎn)，所以智能照明在多個(gè)領(lǐng)域，如：家居、辦公、商務(wù)及公共設(shè)施等都有著良好的發(fā)展境況。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)的智能照明市場(chǎng)發(fā)展并不成熟，主要的應(yīng)用領(lǐng)域還集中在公共設(shè)施和商務(wù)領(lǐng)域，如會(huì)展場(chǎng)館、酒店、市政工程、道路交通領(lǐng)域等；此外，智能照明

21、在辦公建筑和高端別墅項(xiàng)目領(lǐng)域中也有所應(yīng)用。相信隨著國(guó)內(nèi)智能照明技術(shù)的發(fā)展和推廣力度的加大，智能照明產(chǎn)品有望得到大范圍普及。</p><p>　　1.2 選題概念與意義</p><p>　　智能節(jié)電照明系統(tǒng)，是指利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、通信技術(shù)等構(gòu)建出一個(gè)無(wú)線或有線的控制系統(tǒng)，它能夠通過(guò)運(yùn)行預(yù)先編寫(xiě)的程序，結(jié)合某一區(qū)域的功用、每天的時(shí)間段或室內(nèi)外的光照強(qiáng)度來(lái)智能化控制燈光照明，以此達(dá)到節(jié)

22、能的目的。</p><p>　　在當(dāng)下時(shí)代，智能照明具有深遠(yuǎn)而重要的意義：</p><p>　　節(jié)能：當(dāng)前，我國(guó)正處于經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，社會(huì)不斷建設(shè)的階段中，節(jié)能減排的任務(wù)要求也隨之越來(lái)越急迫。而智能照明系統(tǒng)能夠通過(guò)種種不同的智能化控制方式及控制元件，對(duì)不同環(huán)境因素進(jìn)行精確檢測(cè)與管理以實(shí)現(xiàn)對(duì)燈光照明的合理化控制，達(dá)到節(jié)能減排的效果。</p><p>　　改善照明質(zhì)量：智

23、能照明系統(tǒng)能夠綜合平衡各方面因素，控制各燈光發(fā)出相應(yīng)光照強(qiáng)度，提高了光照均勻性。另外，頻閃問(wèn)題也能被智能照明系統(tǒng)很好的解決。</p><p>　　延長(zhǎng)燈具壽命：查找資料可知，不管是稀有氣體放電光源，還是熱輻射光源，它們之所以損壞的一個(gè)重要原因是電網(wǎng)電壓的波動(dòng)。然而，智能照明系統(tǒng)確是能有效防止此類問(wèn)題，它能夠通過(guò)限定電壓和軛流濾波的方式抑制電網(wǎng)電壓的波動(dòng)，從而預(yù)防不正常電壓對(duì)燈具的損害。</p>&l

24、t;p>　　管理維護(hù)方便：智能照明控制系統(tǒng)對(duì)照明的控制以自動(dòng)控制為主要手段，手動(dòng)控制是輔助。它采用模塊化、集成化等方式，并且預(yù)置參數(shù)是以數(shù)字化形式存儲(chǔ)在EEPROM中，修改簡(jiǎn)單快捷，再加之燈具壽命的提升，所以使得照明設(shè)備的維護(hù)和管理變得更加地方便高效。</p><p>　　1.3 國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　在智能照明市場(chǎng)發(fā)展的初期階段，盡管智能照明具備較為廣闊的發(fā)展前景

25、，但是，由于當(dāng)前市場(chǎng)環(huán)境的限制，并沒(méi)有得到大面積的推廣鋪展，仍然是比較小眾的消費(fèi)品。</p><p>　　對(duì)于國(guó)內(nèi)來(lái)說(shuō)，由于廠家和賣家并沒(méi)有花大力氣宣傳，再加上人們基本缺乏智能照明產(chǎn)品的消費(fèi)意識(shí)，所以智能照明產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)的發(fā)展并非順風(fēng)順?biāo)Ｅc此同時(shí)，智能照明產(chǎn)品費(fèi)用高昂，對(duì)于基層民眾來(lái)說(shuō)顯得較為奢侈，難以負(fù)擔(dān)照明的基本費(fèi)用，因而使得智能照明市場(chǎng)更加難以實(shí)現(xiàn)快速發(fā)展。</p><p>　　對(duì)于

26、國(guó)外而言，他們僅是將智能照明當(dāng)作是智能化技術(shù)的其中一部分，并沒(méi)有將其單獨(dú)推廣，這就使得國(guó)外的智能照明系統(tǒng)普及度同樣不高。</p><p>　　然而，隨著物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái)，云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等一系列先進(jìn)技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對(duì)智能家居越發(fā)看重。智能照明系統(tǒng)作為智能家居系統(tǒng)不可或缺的一部分，近幾年逐漸有了開(kāi)始高速發(fā)展的趨勢(shì)，相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)，智能照明技術(shù)將得到進(jìn)一步的推廣和應(yīng)用，完全走進(jìn)人們的日常生活中。</p>

27、;<p>　　1.4 選題研究目的</p><p>　　本選題旨在設(shè)計(jì)制作出一套小巧獨(dú)立的智能照明系統(tǒng)，更確切的說(shuō)，一個(gè)燈具就是一套智能照明系統(tǒng)，只要給它上電就能工作。當(dāng)周圍光照強(qiáng)度足夠時(shí)，即使檢測(cè)到有人燈光也不會(huì)點(diǎn)亮；只有自然光照強(qiáng)度不夠，并且系統(tǒng)檢測(cè)到人體信號(hào)時(shí)，燈具才會(huì)點(diǎn)亮，并且燈光強(qiáng)度會(huì)根據(jù)周圍自然光強(qiáng)弱相應(yīng)調(diào)節(jié)，始終發(fā)散出合適亮度的燈光，不至于使得燈光太刺眼。本系統(tǒng)的工作模式分別有自動(dòng)控制

28、和手動(dòng)控制兩種。在正常情況下，系統(tǒng)運(yùn)行在自動(dòng)控制模式下，當(dāng)遇到異常情況時(shí)，工作人員可切換到手動(dòng)模式，及時(shí)做出應(yīng)對(duì)措施。本系統(tǒng)適用于大部分公共場(chǎng)所，例如：學(xué)校、商場(chǎng)、店鋪等，即使是家庭，在某些情況下同樣適用。</p><p>　　1.5 選題研究創(chuàng)新點(diǎn)</p><p>　　獨(dú)立性：一個(gè)燈具就是一套智能照明系統(tǒng)，只要通上電就能獨(dú)立工作。該系統(tǒng)小巧簡(jiǎn)單，便于攜帶運(yùn)輸，同樣方便安裝使用。</

29、p><p>　　模塊化集成：該系統(tǒng)使用一些已經(jīng)集成好的功能模塊進(jìn)行組裝使用，這樣就使得系統(tǒng)簡(jiǎn)單直接，成本低廉，方便維修，可回收利用，綠色環(huán)保。</p><p>　　可拓展性：該系統(tǒng)可拓展性強(qiáng)，不僅是可進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)利用，還可以添加其他功能模塊，如通信模塊，使各獨(dú)立系統(tǒng)可進(jìn)行組網(wǎng)，方便管理維護(hù)。</p><p>　　第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案</p><p&

30、gt;　　2.1 系統(tǒng)功能描述</p><p>　　系統(tǒng)分為手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩種模式，默認(rèn)情況下是自動(dòng)控制模式；</p><p>　　當(dāng)周圍環(huán)境光照強(qiáng)度大于等于特定閾值時(shí)，即使檢測(cè)到有人體信號(hào)，LED燈也不會(huì)發(fā)亮；</p><p>　　當(dāng)周圍光照強(qiáng)度低于特定閾值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)檢測(cè)是否有人體信號(hào)，若有，則LED燈亮；若沒(méi)有，則LED燈不會(huì)亮；</p>&l

31、t;p>　　系統(tǒng)紅外感應(yīng)模塊檢測(cè)到人體信號(hào)后會(huì)自動(dòng)順延一段時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)，如果人體一直在感應(yīng)區(qū)域內(nèi)活動(dòng)，則LED燈常亮。</p><p>　　2.2 總體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　本選題總體設(shè)計(jì)分為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。</p><p>　　硬件電路系統(tǒng)以單片微型計(jì)算機(jī)為核心部件，外加兩個(gè)傳感模塊,分別是人體紅外傳感器模塊HC-SR501和數(shù)字光

32、強(qiáng)度檢測(cè)模塊GY-30。當(dāng)傳感模塊檢測(cè)到有效信號(hào)時(shí)，會(huì)傳遞給STC12C4052AD，經(jīng)過(guò)一系列運(yùn)算后，STC12C4052AD芯片會(huì)控制繼電器來(lái)開(kāi)關(guān)LED燈并輸出PWM波來(lái)調(diào)節(jié)亮度。</p><p>　　系統(tǒng)分為手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩種模式，模式的選擇將直接由管理員操作，通過(guò)單片機(jī)優(yōu)先級(jí)最高的外部中斷INT1連接。管理員將手動(dòng)／自動(dòng)控制開(kāi)關(guān)置成低電平時(shí)，系統(tǒng)將進(jìn)入手動(dòng)模式。</p><p>

33、;　　軟件設(shè)計(jì)部分采用Keil C51進(jìn)行編程設(shè)計(jì)。當(dāng)HC-SR501輸出高電平給單片機(jī)時(shí)，單片機(jī)會(huì)對(duì)GY-30的端口進(jìn)行掃描，若數(shù)字信號(hào)高于某一閾值，則LED燈不會(huì)發(fā)亮；若低于閾值，則單片機(jī)會(huì)延時(shí)1s后再次進(jìn)行掃描，若還是低于閾值，則單片機(jī)會(huì)輸出控制繼電器打開(kāi)LED。</p><p>　　2.3 單片機(jī)的優(yōu)勢(shì)</p><p>　　本選題選擇單片機(jī)作為智能控制的核心，是因?yàn)橐韵聨讉€(gè)原因：&

34、lt;/p><p>　　集成度高，可靠性強(qiáng)，同時(shí)體積小巧。</p><p>　　單片機(jī)是一塊集成度高的晶體芯片，它將各個(gè)功能部件都集中到一起，自然體積比較小巧。同時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部布線很短，它的抗工業(yè)噪音性能比一般的CPU都要優(yōu)越，而且，程序指令等都是固化在單片機(jī)的ROM中，不容易被損壞，所以單片機(jī)的可靠性很高。</p><p><b>　　控制能力強(qiáng)。</

35、b></p><p>　　為了達(dá)到對(duì)其他機(jī)器的控制要求，單片機(jī)的指令系統(tǒng)被設(shè)計(jì)得極為豐富，如：I/O口的邏輯操作、位處理、分支轉(zhuǎn)移能力，這些功能都是專門適用于控制能力的。</p><p>　　電壓和功耗都低，易于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品。</p><p>　　現(xiàn)如今，許多單片機(jī)的工作電壓僅僅為3.5V~5V之間，而工作電流僅為數(shù)百微安。非常便于適用于便攜式系統(tǒng)中。<

36、;/p><p><b>　　拓展性好。</b></p><p>　　單片機(jī)外部具有可供拓展用的引腳，很容易構(gòu)成各種的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。</p><p><b>　　性價(jià)比高。</b></p><p>　　單片機(jī)不僅性能優(yōu)越，而且因?yàn)楦鞔蠊镜纳虡I(yè)競(jìng)爭(zhēng)使得單片機(jī)的價(jià)格十分低廉，所以單片機(jī)的性能價(jià)格比極高。&

37、lt;/p><p>　　2.4 PWM控制LED</p><p>　　2.4.1 PWM簡(jiǎn)介</p><p>　　PWM，是“Pulse Width Modulation”的縮寫(xiě)，全稱是“脈沖寬度調(diào)制”，簡(jiǎn)稱是“脈寬調(diào)制”。PWM常被用于使用微處理器輸出數(shù)字信號(hào)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制，被廣泛地應(yīng)用在測(cè)量、功率控制、通信等很多領(lǐng)域中。</p><p>

38、　　PWM是一種模擬的控制方式，它通過(guò)相應(yīng)載荷的變化，調(diào)制晶體管基極或柵極的偏置，來(lái)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源輸出或者是晶體管導(dǎo)通時(shí)間的變化，這種方法能使得電源的電壓輸出在工作狀態(tài)未變時(shí)保持穩(wěn)定，所以這是一種利用微處理器中的數(shù)字信號(hào)來(lái)對(duì)模擬電路控制的有效手段。</p><p>　　2.4.2 PWM控制LED燈亮暗的原理</p><p>　　本選題控制LED燈亮暗轉(zhuǎn)換采用的是脈寬PWM法。它把脈沖寬度均

39、相同的脈沖列作PWM波，可以通過(guò)改變脈沖的周期或占空比來(lái)調(diào)頻或調(diào)壓，也可以采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄊ沟妙l率或電壓協(xié)調(diào)變化。所以，通過(guò)調(diào)整PWM的周期和占空比可以控制電流大小，從而控制LED燈的亮暗程度。</p><p>　　本選題使用51單片機(jī)產(chǎn)生占空比變化的矩形波，通過(guò)I/O口與LED燈相連，由于輸出的矩形波占空比不斷改變，在一個(gè)周期內(nèi)，有一部分時(shí)間導(dǎo)通，另一部分時(shí)間截止，所以整體來(lái)看會(huì)有一個(gè)平均電壓，又因?yàn)镻WM波頻率

40、較高，所以從肉眼上無(wú)法分辨出每個(gè)周期LED燈亮滅的全過(guò)程。故，LED燈的亮暗程度是由平均電壓決定的，隨著波形占空比的變化，平均電壓隨之變化，LED燈自然也隨之亮暗變換。</p><p>　　第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 STC12C4052AD單片機(jī)</p><p>　　3.1.1 STC12C4052AD特點(diǎn)</p><

41、;p>　　STC12C4052AD單片機(jī)是一款單時(shí)鐘／機(jī)器周期（1T）的以8051為內(nèi)核的兼容性單片機(jī)，是低功耗／高速的新生代51單片機(jī)，有著全新的流水線／精簡(jiǎn)指令集結(jié)構(gòu)。</p><p>　　STC12C4052AD單片機(jī)具有以下特點(diǎn)：</p><p>　　精簡(jiǎn)指令集結(jié)構(gòu)／增強(qiáng)型1T流水線8051內(nèi)核；</p><p>　　工作電壓為3.4V~5.5V；&l

42、t;/p><p>　　工作頻率范圍0~35MHz，類似于普通51單片機(jī)的0~420MHz；</p><p>　　Flash程序存儲(chǔ)器大小為4K字節(jié)；</p><p>　　單片機(jī)上集成了256字節(jié)RAM；</p><p>　　通用I/O口15個(gè)，有四種工作模式：準(zhǔn)雙向口／弱上拉，推挽／強(qiáng)上拉，僅為輸入／高阻，開(kāi)漏，復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口／弱上拉模式；&

43、lt;/p><p>　　共有2個(gè)16位定時(shí)器／計(jì)數(shù)器；</p><p>　　PWM（2路）／PCA（可編程計(jì)數(shù)器陣列）；</p><p>　　ADC，8路8位精度；</p><p>　　內(nèi)部集成RC振蕩器，精度要求不高時(shí)可省略外部晶體；</p><p><b>　　看門狗；</b></p>

44、<p>　　通用異步串行口（UART）；</p><p><b>　　EEPROM功能；</b></p><p>　　工作溫度范圍：?40℃~85℃；</p><p>　　封裝：PDIP-20，SOP-20（寬體）；</p><p><b>　　3.1.2 引腳圖</b></p&

45、gt;<p>　　圖3.1 STC12C4052AD引腳圖</p><p>　　3.2 人體紅外傳感器（PIR）模塊HC-SR501</p><p>　　圖3.2 HC-SR501實(shí)物圖</p><p>　　3.2.1 工作原理</p><p>　　人體是恒溫的，一般是37℃左右，被動(dòng)式紅外探頭之所以能探測(cè)到人體信號(hào)，正是因?yàn)槿?/p>

46、體會(huì)發(fā)出波長(zhǎng)為10μm左右的紅外線。人體發(fā)射出的這種特定波長(zhǎng)的紅外線先經(jīng)過(guò)菲涅爾濾光片增強(qiáng)信號(hào)后，再匯聚到紅外感應(yīng)源上。通常，紅外感應(yīng)源會(huì)采用熱釋電元件充當(dāng)，因?yàn)檫@種元件在采集到人體的紅外溫度輻射發(fā)生變化時(shí)，電荷就會(huì)失衡，從而釋放電荷給后續(xù)電路進(jìn)行檢測(cè)處理。</p><p>　　3.2.2 熱釋電效應(yīng)</p><p>　　如果使某些晶體表面的溫度發(fā)生變化，隨著溫度的下降或上升，這些晶體表面

47、上回出現(xiàn)電荷的變化，這種現(xiàn)象被稱為熱釋電效應(yīng)。</p><p>　　3.2.3 菲涅耳透鏡</p><p>　　根據(jù)菲涅耳原理制作而成，分為反射式和折射式兩種。它有兩個(gè)作用，其一：聚焦作用，將熱釋紅外信號(hào)折射或反射到PIR上；其二：將檢測(cè)區(qū)域分為若干個(gè)暗區(qū)和明區(qū)，使得進(jìn)入檢測(cè)區(qū)域的物體在PIR上以溫度變化的模式產(chǎn)生變化的熱釋紅外信號(hào)，如此PIR就能產(chǎn)生電信號(hào)了。菲涅耳透鏡能夠使人體紅外傳感

48、器靈敏度增強(qiáng)。</p><p>　　3.2.4 模塊參數(shù)</p><p>　　表3-1 HC-SR501模塊參數(shù)</p><p>　　3.2.5 模塊特性</p><p>　　這種探頭的主要目標(biāo)是探測(cè)人體輻射，所以，它對(duì)波長(zhǎng)為10μm左右的紅外線敏感度很高；</p><p>　　通常，傳感器的輻射照面蓋有菲涅爾濾光片，

49、這樣可以明顯使得環(huán)境的干擾收到抑制，增強(qiáng)對(duì)人體紅外輻射的敏感度；</p><p>　　被動(dòng)紅外傳感器通常含有兩個(gè)互相并聯(lián)或者串聯(lián)的熱釋單元，而且它們的電極化方向正好相反。由于環(huán)境背景輻射對(duì)兩個(gè)熱釋電元的作用是相同的，這就使得它們產(chǎn)生的熱釋電效應(yīng)互相抵消，探測(cè)器無(wú)信號(hào)輸出；</p><p>　　當(dāng)人體進(jìn)入探測(cè)區(qū)域時(shí)，人體紅外輻射就會(huì)先通過(guò)菲涅爾濾光片聚焦，然后被熱釋電單元接收。但由于兩片熱釋

50、電單元接收到的熱量存在差異，產(chǎn)生的電荷也不同，不能相互抵消，經(jīng)信號(hào)處理后輸出；</p><p>　　菲涅爾濾光片具有不同的感應(yīng)距離，能根據(jù)性能要求的不同產(chǎn)生不同的監(jiān)控視場(chǎng)。</p><p>　　3.2.6 觸發(fā)方式</p><p>　　L：不可重復(fù)觸發(fā)方式，即延時(shí)時(shí)間一過(guò)，感應(yīng)輸出將自動(dòng)從高電平變化為低電平；</p><p>　　H：可重復(fù)觸

51、發(fā)方式，即延時(shí)時(shí)間期間，如果檢測(cè)到人體依然在其感應(yīng)區(qū)域內(nèi)，輸出將一直保持高電平，知道不在檢測(cè)到人體信號(hào)后才會(huì)變?yōu)榈碗娖剑ǜ袘?yīng)模塊檢測(cè)到人體信號(hào)的每次活動(dòng)后將會(huì)自動(dòng)順延一個(gè)時(shí)間段，并以最后一次活動(dòng)時(shí)間為延時(shí)時(shí)間的起點(diǎn)）；</p><p>　　默認(rèn)情況下，模塊默認(rèn)為H模式，兩種模式可跳線選擇。</p><p>　　3.2.7 封鎖時(shí)間可調(diào)</p><p>　　封鎖時(shí)間：

52、感應(yīng)模塊在每次高電平轉(zhuǎn)換為低電平時(shí)，可以設(shè)置一個(gè)封鎖時(shí)間，在此時(shí)間內(nèi)，感應(yīng)器不再接收任何信號(hào)。這個(gè)功用可以有效地抑制負(fù)載轉(zhuǎn)換過(guò)程中各種干擾的產(chǎn)生。模塊默認(rèn)封鎖時(shí)間是2.5s。</p><p>　　圖3.3 HC-SR501可調(diào)電位器</p><p>　　3.3 數(shù)字光強(qiáng)度檢測(cè)模塊GY-30</p><p>　　3.3.1 模塊簡(jiǎn)介</p><p&

53、gt;　　GY-30，數(shù)字光強(qiáng)度檢測(cè)模塊，采用的是ROHM原裝的BH1750FVI芯片。它的供電電壓范圍是3到5伏之間，而它的光照強(qiáng)度范圍是0到65535LX之間。由于傳感器內(nèi)置了一個(gè)16bit的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可以直接數(shù)字輸出而不必進(jìn)行麻煩且復(fù)雜的計(jì)算。GY-30的分光特性接近于視覺(jué)靈敏度，故可以對(duì)廣泛的亮度進(jìn)行高精度測(cè)定，精度可以達(dá)到1勒克斯。GY-30內(nèi)部集成的通信協(xié)議模塊包含通信電平轉(zhuǎn)換，可以讓它與單片機(jī)I/O口直接進(jìn)行通信。<

54、;/p><p>　　3.3.2 引腳功能描述</p><p>　　圖3.4 GY-30引腳圖</p><p>　　表3-2 GY-30引腳功能表</p><p>　　3.3.3 模塊工作參數(shù)</p><p>　　表3-3 GY-30工作參數(shù)表</p><p><b>　　3.4 LED燈&

55、lt;/b></p><p>　　3.4.1 LED燈簡(jiǎn)介</p><p>　　LED，英文全稱是light emitting diode，中文名稱是發(fā)光二極管，它是由一塊通電即可發(fā)光的半導(dǎo)體材料芯片，先用銀膠或白膠固定在支架上，隨后用銀線或金線來(lái)連接電路板和芯片，周圍用環(huán)氧樹(shù)脂密封，以此達(dá)到保護(hù)內(nèi)部芯線的作用，最后，裝上外殼。</p><p>　　3.4.2

56、 LED燈的優(yōu)勢(shì)</p><p>　　LED節(jié)能燈，作為21世紀(jì)新型的照明光源，因其顯著的優(yōu)點(diǎn)而受到普羅大眾的歡迎。其較為顯著的幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)如下：</p><p>　　節(jié)能效果顯著。正常情況下，白光LED的能耗比白熾燈和節(jié)能燈都低。與白熾燈相比，能耗僅為其十分之一；與節(jié)能燈相比，能耗僅為期四分之一。如果使用大功率超高亮的LED光源，再配合使用高效率電源，那么相同功率下，LED燈的亮度是白熾燈的

57、十倍，卻比傳統(tǒng)白熾燈節(jié)電80%以上。</p><p>　　使用壽命長(zhǎng)。LED燈采用的是先進(jìn)的封裝技術(shù)——共晶焊，這種技術(shù)可靠度高，能充分保障LED燈的超長(zhǎng)壽命。據(jù)統(tǒng)計(jì)，LED燈的壽命可以達(dá)到10萬(wàn)小時(shí)以上，這種壽命長(zhǎng)度對(duì)于普通家庭照明來(lái)說(shuō)可謂是“一勞永逸”了。</p><p>　　綠色環(huán)保。LED等不含有汞、鉛等污染性元素，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成任何污染。另外，LED燈泡的組裝部件是可拆卸的，并且

58、比較容易，即使不用廠家回收也可以其他人回收利用。</p><p>　　視覺(jué)效果好。LED燈采用先進(jìn)的配光技術(shù)，將LED點(diǎn)光源轉(zhuǎn)換為面光源，這樣增大了發(fā)光面，消除了眩光，使得視覺(jué)效果得到升華，并且由于LED燈采用純直流工作，所以并不會(huì)如傳統(tǒng)光源一樣因頻閃而引起視覺(jué)疲勞。</p><p>　　使用簡(jiǎn)單，存儲(chǔ)方便。LED燈采用固態(tài)封裝技術(shù)，并且屬于冷光源，所以，它能夠?qū)崿F(xiàn)很好的安裝和運(yùn)輸，可以在

59、任何微型或封閉的設(shè)備中安裝而不怕振動(dòng)。</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，LED技術(shù)也取得日新月異的進(jìn)步。一方面，它的發(fā)光效率正在不斷取得巨大的突破，另一方面，它的價(jià)格卻是在逐步降低中。相信不遠(yuǎn)的將來(lái)，LED燈必將取代節(jié)能燈和白熾燈成為家庭照明的首選。</p><p>　　3.5 系統(tǒng)硬件電路框圖</p><p>　　圖3.5 系統(tǒng)硬件電路框圖</p

60、><p>　　3.6 系統(tǒng)硬件電路說(shuō)明</p><p>　　由于STC12C4052AD單片機(jī)內(nèi)部已經(jīng)集成了復(fù)位電路，所以不需要設(shè)計(jì)外部復(fù)位電路；</p><p>　　由于STC12C4052AD單片機(jī)內(nèi)部集成了時(shí)鐘電路，雖然精度不是很高，但在對(duì)精度要求不高的設(shè)計(jì)中，可以省去外部晶振電路；</p><p>　　由于PIR模塊HC-SR501檢測(cè)到

61、人體信號(hào)時(shí)輸出高電平3.3V，沒(méi)有檢測(cè)到時(shí)則輸出低電平0V，所以HC-SR501可以直接與單片機(jī)I/O口相連而不需要設(shè)計(jì)其他連接電路；</p><p>　　由于數(shù)字光強(qiáng)度檢測(cè)模塊GY-30內(nèi)置了一個(gè)16bit的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可以直接數(shù)字輸出，所以模塊可以直接與單片機(jī)I/O口相連；</p><p>　　由于單片機(jī)I/O口驅(qū)動(dòng)能力有限，從LED發(fā)光穩(wěn)定性角度考慮，本選題在單片機(jī)和LED燈之間添加

62、了繼電器，可以起到安全保護(hù)、自動(dòng)調(diào)節(jié)的作用。</p><p>　　第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)部分</p><p>　　4.1 軟件設(shè)計(jì)概述</p><p>　　本課題程序采用模塊化設(shè)計(jì)思路，以主程序?yàn)楹诵牟糠?，外加其他功能模塊子程序。運(yùn)行過(guò)程中，主程序通過(guò)調(diào)用各個(gè)功能模塊子程序來(lái)實(shí)現(xiàn)功用。這種設(shè)計(jì)方式簡(jiǎn)化了程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，使得程序易于維護(hù)。</p><

63、p>　　系統(tǒng)大致流程概述如下：當(dāng)HC-SR501輸出高電平給單片機(jī)時(shí)，單片機(jī)會(huì)對(duì)GY-30的端口進(jìn)行掃描，若數(shù)字信號(hào)高于某一閾值，則LED燈不會(huì)發(fā)亮；若低于閾值，則單片機(jī)會(huì)延時(shí)1s后再次進(jìn)行掃描，若還是低于閾值，則單片機(jī)會(huì)輸出控制繼電器打開(kāi)LED。</p><p>　　4.2 程序設(shè)計(jì)流程圖</p><p>　　圖4.1 程序設(shè)計(jì)流程圖</p><p><

64、;b>　　4.3 系統(tǒng)邏輯表</b></p><p>　　表4-1 系統(tǒng)邏輯表</p><p><b>　　4.4開(kāi)發(fā)環(huán)境介紹</b></p><p>　　本課題選用的軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)是Keil C51 。它是兼容51系列單片機(jī)的C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，由Keil Software公司出品。</p><p>　

65、　Keil提供了一套完整的開(kāi)發(fā)方案，其中包括了C語(yǔ)言編譯器、宏匯編、庫(kù)管理、連接器和功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器，并且這些部分通過(guò)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境uVision集合在一起。</p><p>　　在硬件編程領(lǐng)域，相比匯編，C語(yǔ)言不管在功能性、可讀性、結(jié)構(gòu)性還是可維護(hù)性上都具有明顯優(yōu)勢(shì)，因?yàn)镃語(yǔ)言成為當(dāng)今硬件編程的首選語(yǔ)言。而支持51系列單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)的Keil開(kāi)發(fā)工具，因其良好的交互性、簡(jiǎn)潔性和實(shí)用性而受到行業(yè)人士的歡迎，不管

66、是專業(yè)的硬件工程師還是初入門的新手，Keil C51都會(huì)帶給你們不錯(cuò)的使用體驗(yàn)。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　寫(xiě)寫(xiě)停停，學(xué)學(xué)做做，轉(zhuǎn)眼間半個(gè)學(xué)期過(guò)去了，畢業(yè)設(shè)計(jì)即將臨近結(jié)束。在忙著完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的這段時(shí)間里，學(xué)了很多、問(wèn)了很多，也有了些許感悟。畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)大學(xué)四年學(xué)業(yè)的一次大的回顧總結(jié)，同樣是離校之前的一道考驗(yàn)。只有順利通過(guò)這道考驗(yàn)

67、，才能證明自己學(xué)有所成，沒(méi)有虛度光陰，母校也才會(huì)放心地松開(kāi)我們稚嫩的手，讓我們大膽的去闖。</p><p>　　我要感謝！感謝我的導(dǎo)師——xx老師在這段時(shí)間當(dāng)中對(duì)我的關(guān)照和教誨。每次見(jiàn)面，他總是會(huì)語(yǔ)重心長(zhǎng)地告誡我，滿懷耐心地指導(dǎo)我和幫忙我。在此，衷心地向林老師表示感謝！</p><p>　　同時(shí)，我也要感謝在這一過(guò)程中熱心幫助我的室友和同學(xué)們。是他們的熱心，讓我能順利地完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。感謝！